محول طاقة عالي الجودة من الشركة المصنعة في الصين بمعايير IEC

ما هو المحول؟

المحول هو جهاز كهربائي يستخدم مبدأ الحث الكهرومغناطيسي لتغيير جهد التيار المتردد، بما في ذلك عادةالمحولات التصاعدية والتنحية. في عملية ضبط وضبط الجهد، ستحافظ المحولات على ترددها دون تغيير، عن طريق تغيير نسبة اللفات بين الملفات الأولية والثانوية. آلية تشغيله الأساسية هي أنه عندما يتدفق التيار المتردد عبر الملف الأولي، فإنه يخلق مجالًا مغناطيسيًا متغيرًا في القلب، والذي بدوره يحفز قوة دافعة كهربائية في الملف الثانوي، وبالتالي يتيح التحويل بين الجهد والتيار: تصعيد الجهد يقلل التيار، ويؤدي خفض الجهد إلى زيادة التيار، ومن الناحية المثالية تظل الطاقة الإجمالية ثابتة. هذه الخاصية تجعل من الممكن تقليل خسائر النقل بشكل كبير في توصيل الطاقة لمسافات طويلة، مع توفير أيضًا الفولتية المتكيفة بأمان لمختلف الأجهزة عند نقطة الاستخدام. تتراوح التطبيقات النموذجية من المحولات العملاقة في المحطات الفرعية، ومحولات التوزيع على أعمدة الكهرباء، إلى المحولات المصغرة داخل شواحن الهواتف المحمولة. ومع ذلك، لا بد من ملاحظة ذلك بشكل خاصيعمل المحول فقط مع التيار المتردد ولا يمكنه تحويل التيار المباشر.

ما هو مبدأ عمل المحول؟

يعتمد مبدأ عمل المحول علىقانون الحث الكهرومغناطيسي. عندما يتدفق تيار متناوب عبر الملف الأولي، فإنه يخلق تدفقًا مغناطيسيًا متناوبًا في القلب. يربط هذا التدفق المتناوب كلا من اللفات الأولية والثانوية في نفس الوقت، مما يؤدي إلى توليد قوة دافعة كهربائية (EMF) في كل ملف. من خلال هذا الحث الكهرومغناطيسي، ينقل المحول الطاقة الكهربائية ويحول الجهد، مع اقتران مغناطيسي فقط بين الملفين ولا يوجد اتصال كهربائي مباشر.

علاقة تحويل الجهد هي:

U₁/U₂ = N₁/N₂ = ك

حيث U₁، U₂ هي الفولتية الأولية والثانوية، N₁، N₂ هي عدد اللفات في اللفات، و k هي نسبة اللفات. عندما يكون للثانوي عدد لفات أكثر من الابتدائي، يتم استخدام المحوليصعدالجهد االكهربى؛ عندما يكون عدد المنعطفات أقل، فإنهيتنحىالجهد االكهربى.

البناء والمكونات الرئيسية

يتكون المحول بشكل أساسي من الجزء النشط مثلالأساسية، اللفات، العزل، والأسلاك، الخزان، نظام التبريد، أجهزة الحماية، والبطانات. يعتبر القلب والملفات، والتي تسمى أيضًا الملفات، من المكونات الأكثر أهمية.

1. النواة (الدائرة المغناطيسية)

يوفر القلب المسار المغناطيسي ويتكون من أرجل أساسية (أقسام رأسية يتم تركيب اللفات عليها) ومقرئات (أقسام أفقية تغلق المسار المغناطيسي). لتقليل خسائر التيار الدوامي وخسائر التباطؤ، عادةً ما يتم بناء القلب من مكدسرقائق السيليكون الصلبكل منها مطلية بورنيش عازل أو طبقة أكسيد لعزلها عن بعضها البعض. التكوينات الأساسية هي في المقام الأولالنوع الأساسي(اللفات تحيط بالأرجل الأساسية، وهي شائعة في محولات الطاقة) ونوع القشرة(يحيط القلب باللفات، مما يؤدي إلى انخفاض تدفق التسرب وقوة ميكانيكية عالية، وغالبًا ما يستخدم في الأدوات الدقيقة والأجهزة الصغيرة).

2. اللفات (الدائرة الكهربائية)

اللفات هي الدائرة الكهربائية للمحول، مقسمة إلىاللف الابتدائي واللف الثانوي. إنها مصنوعة من أسلاك النحاس أو الألومنيوم مع عزل عالي القوة. عادة ما يتم ترتيب اللفات بشكل متحد المركز (ملف الجهد المنخفض يتم وضعه بجوار الساق الأساسية، ويتم وضع ملف الجهد العالي حول الخارج). فيما يتعلق بالعزل، تستخدم المحولات الحديثة المغمورة بالزيت في الغالبنظام العزل المركب لحاجز الزيت والورقتتكون من لوح الطباعة وورق الكابلات وزيت المحولات. يبلغ سمك لوح الضغط عادةً 2-5 مم، مما يتيح عزلًا موثوقًا لمستويات الجهد العالي.

ما ورد أعلاه يصف النظام الكهرومغناطيسي الأساسي، كما أن الأنظمة المساعدة التالية مهمة جدًا أيضًا للمحولات المغمورة بالزيت:

صهريج:حاوية خارجية تستخدم لحفظ النوى الحديدية والملفات وتعبئة زيت المحولات. عادة ما تكون المحولات ذات السعة الكبيرة مجهزة بمشعات خارجية أو أنابيب تبريد لتعزيز تبديد الحرارة.

زيت المحولات:إنه بمثابة وسيلة عازلة (مع أداء عزل أفضل من الهواء) ووسيلة تبريد (يتم نقل الحرارة الناتجة عن قلب المحول والملف إلى جدار خزان الزيت من خلال الحمل الحراري للزيت). وفقا لنقاط صب مختلفة، يتم تقسيم زيت المحولات إلى درجات مختلفة مثل10 و 25 و 45للتكيف مع الظروف المناخية المختلفة.

المحافظ (خزان زيادة النفط):خزان وقود أفقي يتم تركيبه فوق خزان الوقود الرئيسي، ويتصل بالأنابيب. يفصل الزيت عن الهواء من خلال الحجاب الحاجز. بناءً على خصائص تمدد الزيت وانكماشه مع تغيرات درجات الحرارة، فإنه يخزن الزيت عند درجات حرارة أعلى ويزود الزيت عند درجات حرارة منخفضة، وبالتالي يقلل الاتصال بين الزيت والهواء ويمنع امتصاص الرطوبة والشيخوخة.

البطانات:إخراج أسلاك الجهد العالي والمنخفض من الأطراف المعزولة بغلاف المحول؛ أنها توفر العزل الكهربائي والدعم الميكانيكي.

أجهزة الحماية:بما في ذلك مبدلات الصنبور المثبتة على التحميل أو خارجه، ومرحلات بوشر (مرحلات الغاز)، ومنافذ العادم المقاومة للانفجار (منافذ العادم الآمنة)، وأجهزة التنفس الخاصة بالجفاف (أجهزة التنفس المصنوعة من السيليكون)، وعناصر استشعار درجة الحرارة، والأدوات ذات الصلة. يمكن لهذه الأجهزة عادةً توفير المراقبة في الوقت الفعلي والحماية الشاملة.

أنواع المحولات

يمكن تصنيف المحولات في عدة جوانب أدناه:

1. حسب التطبيق

محولات الطاقة:تُستخدم محولات الطاقة بشكل أساسي لتحويل الجهد ونقل/توزيع الطاقة في أنظمة الطاقة، وهو ما يمثل أكثر من 80% من جميع المحولات.

محولات التوزيع:تشير محولات التوزيع عادةً إلى المحولات التي تقل عن 35 كيلو فولت (بشكل رئيسي 10 كيلو فولت / 0.4 كيلو فولت) والتي توفر الطاقة مباشرة للمستخدمين النهائيين.

المحولات الخاصة:بما في ذلك محولات الاختبار لاختبار تحمل الجهد، ومحولات الأجهزة (بما في ذلك محولات الجهد، ومحولات التيار للقياس والحماية)، ومحولات المعدل للتيار المتردد إلى التيار المستمر، المستخدمة في التحليل الكهربائي، والطلاء الكهربائي، ومحرك التيار المستمر، ومحولات الفرن، ومحولات التعدين، وما إلى ذلك.

2. وفقا لوسط التبريد والعزل

المحولات المغمورة بالزيت:يتم غمر قلب ولف المحولات الحديدية المغمورة بالزيت بالكامل في الزيت العازل المعدني، والذي يتميز بأداء ممتاز في تبديد الحرارة والعزل، وكفاءة عالية، وتكلفة منخفضة نسبيًا. تُستخدم المحولات المغمورة بالزيت على نطاق واسع في المحطات الفرعية الخارجية والمجمعات الصناعية، ولكنها تتطلب تدابير للوقاية من الحرائق والانفجارات.

المحولات من النوع الجاف:لا يتم غمر قلب ولف المحولات الحديدية من النوع الجاف في الزيت؛ يستخدمون الهواء أو المواد العازلة الصلبة مثل صب راتنجات الايبوكسي. المحولات من النوع الجاف مقاومة للحريق وخالية من التسرب، ومناسبة للأماكن الداخلية ذات لوائح صارمة لمنع الحرائق، مثل المباني الشاهقة ومراكز البيانات ومراكز التسوق والمستشفيات.

المحولات المعزولة بالغاز:تعد المحولات المعزولة بالغاز نادرة نسبيًا في السوق، وهي تستخدم عمومًا الغازات الاصطناعية مثل SF₆ كوسيط تبريد وعزل، ومناسبة لظروف التشغيل الخاصة.

3. وفقا لعدد اللفات

محول ثنائي اللف:تعتبر المحولات ذات الملفين شائعة جدًا في أنظمة الطاقة، والتي تحتوي على ملف واحد عالي الجهد (متوسط) ولف واحد منخفض الجهد (ملف أولي واحد ولف ثانوي واحد).

محول ثلاثي اللفات:يحتوي المحول ثلاثي الملفات على ثلاث ملفات لكل طور، متصلة بمستويات جهد مختلفة (على سبيل المثال، جانب الجهد العالي، جانب الجهد المتوسط، جانب الجهد المنخفض). يستخدم هذا المحول بشكل شائع في المحطات الفرعية التي تتطلب مستويات جهد متعددة.

4. وفقًا للتكوين الأساسي/المتعرج

محول من النوع الأساسي:يحيط لف المحول من النوع الأساسي بأرجل اللب الحديدي (اللب الحديدي محاط باللف). يتميز هذا المنتج ببنية بسيطة ومنخفضة التكلفة ويستخدم على نطاق واسع في أنظمة الطاقة.

محول من نوع شل:يحيط قلب المحول من النوع الصدفي باللف (اللف يحيط بالقلب). إنه يتميز بهذه الخصائص مثل تدفق التسرب المنخفض والقوة الميكانيكية العالية والحجم الصغير ويستخدم بشكل شائع في الأدوات الدقيقة والمعدات الصغيرة.

5. حسب عدد المراحل

المحولات أحادية الطور المستخدمة للأحمال أحادية الطور أو لتشكيل مجموعات ثلاثية الطور ومحولات ثلاثية الطور.

6. وفقا لطريقة تنظيم الجهد

خارج الدائرة (خارج التحميل) مبدل الصنبور (يتطلب إلغاء الطاقة) ومبدل الصنبور عند التحميل (تنظيم الجهد التلقائي تحت الحمل).

7. حسب نوع التوصيل الكهربائي

عزل (عزل) المحولات:يتم عزل الملف الأولي والملف الثانوي لمحول العزل كهربائيًا عن بعضهما البعض، فقط من خلال الاقتران المغناطيسي. يتمتع هذا النوع من المحولات بسلامة عالية للغاية ويستخدم بشكل شائع في المعدات الطبية والأدوات الدقيقة لمنع الصدمات الكهربائية والتداخل الكهرومغناطيسي.

محول ذاتي:يشترك كل من الابتدائي والثانوي في جزء من الملف، مع وجود اقتران مغناطيسي واتصال كهربائي مباشر. مدمج وصغير الحجم وخسائر منخفضة ولكن لا يوجد عزل بين الابتدائي والثانوي. يستخدم لبدء تشغيل المحرك وتنظيم الجهد (على سبيل المثال، الدوالي المختبرية).

كيف يتم تصنيف محولات الطاقة؟

السعة المقدرة (Sn، بـ kVA أو MVA):القدرة الظاهرة التي يمكن للمحول توصيلها بشكل مستمر عند الجهد والتيار المقنن. إنها المعلمة الأكثر أهمية لاختيار المحول. درجات القدرة الصينية تتبع سلسلة R10، وتزيد بعامل 1.26 (100، 125، 160، 200، 250، 315، 400، 500، 630، 800، 1000 كيلو فولت أمبير، وما إلى ذلك). يقوم اختيار السعة المعقولة أولاً بحساب الحد الأقصى للحمل المركب، ثم اختيار السعة الأعلى التالية بحيث يكون عامل الحمولة حوالي 60-70%، مما يضمن التشغيل الآمن والاقتصاد على المدى الطويل.

الجهد المقدر (كيلو فولت):الجهد الأساسي يطابق جهد الشبكة. يكون الجهد الثانوي عادةً أعلى بنسبة 5% أو 10% من جهد الناقل ذي الجانب المنخفض (اعتمادًا على جهد المعاوقة وقدرتها) للتعويض عن انخفاض جهد الخط وضمان جودة جهد المستخدم النهائي.

مقاومة دائرة القصر (جهد المعاوقة، المملكة المتحدة%):النسبة المئوية للجهد الأولي المطلوب لتدوير التيار المقنن عبر المرحلة الثانوية عندما تكون الدائرة الثانوية قصيرة الدائرة. إنها خاصية حاسمة تؤثر على مستويات تيار الدائرة القصيرة وتنظيم الجهد.

خسارة عدم التحميل (Po، kW):تتكون الطاقة النشطة المستهلكة من الجانب الثانوي للمحول في حالة الدائرة المفتوحة عند التردد المقدر والجهد المقنن بشكل أساسي من الخسائر الأساسية (الخسائر المغناطيسية)، والتي تعتمد على جودة التصنيع وخصائص مادة السيليكون الصلب. إذا تم استخدام فولاذ السيليكون عالي الأداء ونوى الجرح ثلاثية الأبعاد، فيمكن تقليل خسائر عدم التحميل بشكل كبير.

خسارة الحمل (باك، كيلوواط):الطاقة النشطة المستهلكة عندما تكون الدائرة الثانوية قصيرة الدائرة ويتدفق التيار المقنن في المرحلة الابتدائية. ويتكون بشكل رئيسي من فقدان النحاس في اللفات ويتناسب مع مربع عامل الحمولة.

الكفاءة (η):الطاقة النشطة للإخراج مقسومة على الطاقة النشطة للإدخال. تتمتع محولات الطاقة الكبيرة بكفاءة عالية جدًا؛ على سبيل المثال، يمكن لمحول تصعيد المولد بقدرة 380 ميجا فولت أمبير/500 كيلو فولت أن يحقق η ≥ 99.75%.

مجموعة المتجهات (على سبيل المثال، Dyn11، Yyn0):يشير إلى طريقة الاتصال (Y - star، D - delta، Z - zigzag) للملفات ذات الجهد العالي والمنخفض وإزاحة الطور. إنه يؤثر على طريقة التأريض المحايد للنظام والمسار الحالي للتسلسل الصفري.

طريقة التبريد:على سبيل المثال، ONAN (النفط الطبيعي الهواء الطبيعي)، ONAF (النفط الطبيعي القسري الهواء)، OFWF (النفط القسري المياه). تحدد الرموز المكونة من أربعة أحرف وسيلة التبريد وطريقة التدوير (ON: التدوير الطبيعي للزيت، OF: التدوير القسري للزيت، OD: التدوير القسري الموجه للزيت، AN: الهواء الطبيعي، AF: الهواء القسري، WF: الماء القسري).

كيفية اختيار المحولات المناسبة؟

عند اختيار محول مناسب، باستثناء تحديد السعة المقدرة ومستويات الجهد، يجب مراعاة العوامل التالية أيضًا:

خصائص التحميل:بالنسبة للأحمال الصناعية والسكنية النموذجية، نستخدم بشكل عام محولات طاقة قياسية مزدوجة الملف. إذا كانت هناك حاجة إلى مستويات جهد متعددة، فيجب اختيار محول ثلاثي الملفات ويجب تخصيص السعة المقدرة لكل ملف بشكل معقول. بالنسبة للأماكن ذات المتطلبات الصارمة للسلامة من الحرائق، مثل مراكز البيانات والمباني الشاهقة، يجب إعطاء الأولوية للمحولات من النوع الجاف.

بيئة التثبيت:عادة ما يتم تفضيل المحولات المغمورة بالزيت ذات الفواصل المقاومة للحريق للمحطات الفرعية الخارجية، بينما يفضل المحولات من النوع الجاف لبيئات الاستخدام الداخلي.

حدود السعة:في المحطات الفرعية الداخلية، يجب ألا تتجاوز السعة القصوى لمحول واحد مغمور بالزيت 1250 كيلو فولت أمبير؛ في المحطات الفرعية الجاهزة، يجب ألا تتجاوز السعة القصوى للمحولات المغمورة بالزيت 630 كيلو فولت أمبير، ويجب ألا تتجاوز سعة المحولات من النوع الجاف 800 كيلو فولت أمبير.

متطلبات تنظيم الجهد:بالنسبة للبيئات ذات التقلبات الكبيرة في الجهد أو التعديلات المتكررة، يلزم وجود محولات مزودة بمبدلات صنبور عند التحميل؛ بالنسبة للتطبيقات ذات الجهد المستقر، يمكن استخدام محول مع مبدل صنبور بدون تحميل.

كفاءة الطاقة والمتطلبات البيئية:نظرًا لسياسات توفير الطاقة، أصبحت منتجات المحولات عالية الكفاءة والموفرة للطاقة تدريجيًا هي الاختيار السائد. في الوقت الحاضر، تتزايد الحصة السوقية للمحولات الأساسية المصنوعة من حديد الجرح ثلاثي الأبعاد (مع فقد أقل بنسبة 15% إلى 25% من قلوب الحديد الرقائقية التقليدية) ومحولات السبائك غير المتبلورة عامًا بعد عام.

تطبيقات خاصة:عندما يكون تنظيم الجهد مطلوبًا، يجب اختيار محول ذاتي؛ من الأنسب اختيار محول العزل عندما تكون متطلبات السلامة الكهربائية أعلى.